压电陶瓷材料及其制备方法、压电器件与流程

本发明涉及无机非金属材料，尤其涉及一种压电陶瓷材料及其制备方法、压电器件。

背景技术：

1、压电陶瓷材料是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，其中pzt基压电陶瓷因具有制造方便、成本低廉、电性能优异、性能稳定等优点在实际生产应用中仍占主导地位。随着消费电子、智能家居和汽车领域的高速发展，对压电陶瓷提出了新的要求，压电陶瓷在声学补偿、触控按压、马达等领域有的新的应用。

2、压电陶瓷材料的高压电性能、低烧结温度和高居里温度三者之间是互相矛盾的，通常在降低烧结温度的时候性能通常随之降低，居里温度高的材料压电系数通常低一些。如何在保证压电性能的前提下，使居里温度和烧结温度满足工艺使用需求和生产需求非常重要。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种压电陶瓷材料及其制备方法、压电器件，旨在解决现有的压电材料难以兼顾高压电性能、低烧结温度和高居里温度的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种压电陶瓷材料，化学组成为：(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno；

3、其中，(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-b pb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3表示陶瓷基体；

4、a表示pb(ni1/3nb2/3)o3在所述陶瓷基体中的摩尔分数，0.04≤a≤0.08；

5、b表示pb(zn1/3nb2/3)o3在所述陶瓷基体中的摩尔分数，0.08≤b≤0.12；

6、m为烧结助剂，x表示烧结助剂m占所述陶瓷基体质量的质量百分比，0≤x≤1；

7、y表示zno占所述陶瓷基体质量的质量百分比，0≤y≤1。

8、在一实施例中，所述x、y满足0＜x+y≤1。

9、在一实施例中，以质量份数计，所述烧结助剂m包括50-70份bi2o3、10-30份sb2o3、5-10份li2co3、3-8份b2o3和2-7份zno。

10、在一实施例中，将所述压电陶瓷材料在850-950℃的温度下烧结制成试样，在120℃和3kv/mm的极化条件下对所述试样进行极化处理，所述试样的压电系数d33>480pc/n。

11、在一实施例中，将所述压电陶瓷材料在850-950℃的温度下烧结制成试样，在120℃和3kv/mm的极化条件下对所述试样进行极化处理，所述试样的居里温度tc≥300℃。

12、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种压电陶瓷材料的制备方法，用于制备如上文所述的压电陶瓷材料，所述方法包括：

13、根据化学组成称量陶瓷基体原料，混合后得到混合物料；

14、对所述混合物料进行预烧处理，得到合成物料；

15、取烧结助剂m和/或zno原料，与所述合成物料混合研磨，得到压电陶瓷材料。

16、在一实施例中，所述烧结助剂采用以下步骤制备得到：

17、将烧结助剂原料混合均匀，依次经熔融、冷却、粉碎、细磨后得到烧结助剂m。

18、在一实施例中，所述熔融的温度为1150-1250℃。

19、在一实施例中，所述预烧温度为800-850℃；和/或，所述预烧处理的保温时间为2-4h。

20、此外，为实现上述目的，本发明实施例还提供一种压电器件，所述压电器件包括如上文所述的压电陶瓷材料。

21、本发明提供的压电陶瓷材料，其化学组成为(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno，在pzt基陶瓷的基础上，通过zn、ni、nb的复合掺杂构建了四元系压电陶瓷体系，形成具有复合钙钛矿结构的弛豫铁电体，与普通铁电体相比，弛豫铁电体表现为弥散相变和频率色散特征，弥散相变引起较低的电容变化率，使该pzt基陶瓷的压电性能得到非常大的改善，另外控制pzn和pnn的添加量，使居里温度的降低不明显，通过烧结助剂m和zno的添加，可以有效降低烧结温度，故压电陶瓷材料可以在较低温度下进行产品烧结，同时具有优异的压电性能和较高的居里温度。

技术特征：

1.一种压电陶瓷材料，其特征在于，所述压电陶瓷材料的化学组成为：(1-a-b)pb(zr0.5ti0.5)o3-bpb(zn1/3nb2/3)o3-apb(ni1/3nb2/3)o3+xwt％m+ywt％zno；

2.如权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，所述x、y满足0＜x+y≤1。

3.如权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，以质量份数计，所述烧结助剂m包括50-70份bi2o3、10-30份sb2o3、5-10份li2co3、3-8份b2o3和2-7份zno。

4.如权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，将所述压电陶瓷材料在850-950℃的温度下烧结制成试样，在120℃和3kv/mm的极化条件下对所述试样进行极化处理，所述试样的压电系数d33>480pc/n。

5.如权利要求1所述的压电陶瓷材料，其特征在于，将所述压电陶瓷材料在850-950℃的温度下烧结制成试样，在120℃和3kv/mm的极化条件下对所述试样进行极化处理，所述试样的居里温度tc≥300℃。

6.一种压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至5中任一项所述的压电陶瓷材料，所述方法包括：

7.如权利要求6所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂采用以下步骤制备得到：

8.如权利要求7所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述熔融的温度为1150-1250℃。

9.如权利要求6所述的压电陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述预烧处理的温度为800-850℃；和/或，所述预烧处理的保温时间为2-4h。

10.一种压电器件，其特征在于，所述压电器件中包括如权利要求1至5中任一项所述的压电陶瓷材料。

技术总结本发明公开了一种压电陶瓷材料及其制备方法、压电器件，属于无机非金属材料技术领域，化学组成为：(1‑a‑b)Pb(Zr<subgt;0.5</subgt;Ti<subgt;0.5</subgt;)O<subgt;3</subgt;‑bPb(Zn<subgt;1/</subgt;<subgt;3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;‑aPb(Ni<subgt;1/3</subgt;Nb<subgt;2/3</subgt;)O<subgt;3</subgt;+xwt％M+ywt％ZnO；其中，0.04≤a≤0.08；0.08≤b≤0.12；M为烧结助剂，x表示烧结助剂M占所述陶瓷基体质量的质量百分比，0≤x≤1；y表示ZnO占所述陶瓷基体质量的质量百分比，0≤y≤1。本发明实现了兼顾高压电性能、低烧结温度和高居里温度的技术效果。技术研发人员：杨月霞,俞胜平,马学志,高洪伟受保护的技术使用者：荣成歌尔微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6